基于GIS的漳州市土地的耕地適宜性分析

李宗梅， 周曉元， 滿 旺， 孫風琴， 黃于同

(廈門理工學院計算機與信息工程學院空間信息科學與工程系，福建廈門 361024)

隨著我國對土地適宜性評價的研究原理和技術方法了解的不斷加深[1-3]，并對其狀況進一步的探討，很多土地適宜性的先進方法和技術應運而生[4-6]。當今最常用的就是將土地資源適宜性評價與GIS、RS技術相結合[7-8]，并運用土壤學、測量學、數學等多學科知識，以減少土地適宜性評價過程中的工作量，并簡化其復雜程度，同時也提高了評價結果的精確程度。史舟等在黃巖區柑橘種植結構的調整時，創新地利用了GIS與遙感技術相結合的方法，提高了對土地利用現狀調查的進度和精確度[9]。Wang等也在對大馬士革玫瑰的生態適宜性評價的過程中結合了GIS和AEZ技術，大大提高了其研究結果的準確性[10]。在評價方法方面，李曉靜等運用土地資源評價與GIS結合的方法對硯山縣阿猛鎮進行了研究，根據實際情況建立合適的評價因子指標系統，并選擇了合適的確定權重的方法(層次分析法、模糊分析法)[11]。柯新利等運用層次分析法確定湖北地區各因子權重后，再運用綜合指數法進行評價分析，最終得到研究區的土地適宜性等級[12]。陳守煜等則運用模糊數學評價方法對研究區進行綜合分析，最終得出長樂市農用地適宜等級[13]。另外還有研究基于土地適宜性評價生態環境效應[14]。

國外相關學者對土地的耕地適宜性評價的理論和方法不斷向綜合化、精確化和定賦值發展。如Bagherzadeh等在聯合國糧食組織所發布的框架下結合GIS對伊朗東北部 Khorasan-Razavi 地區的小麥及大麥進行土地適宜性評價[15]；Hadipour等結合GIS、AHP及MCDM等技術對伊朗霍爾木茲甘省沿海地區海水水產養殖發展進行土地適宜性評價[16]。

本研究利用土壤數據、DEM數據以及TM遙感影像，選取耕地適宜性評價因子，對漳州市的耕地適宜性進行分析和評價，結合GIS技術，參考耕地適宜性分析以及評價的方法和步驟，構建適宜性評價的指標體系并劃定漳州市耕地適宜性等級。

1 數據與方法

1.1 研究區概況

漳州市位于福建省東南沿海地區(117°～118°E、23.5°～25°N)，東瀕臺灣海峽與廈門隔海相望，東北與泉州接壤，西北與龍巖相接，西南與廣東的汕頭毗鄰。漳州全市陸地面積1.26萬km2，占福建省的10.4%，海域面積1.86萬km2。漳州市地勢由北西向東南傾斜，地貌依次為中低山、丘陵臺地和沖海積平原，有福建省最大的平原——漳州平原。

1.2 數據

1.2.1 遙感數據 遙感數據為2009年11月Landsat TM數據假彩色合成影像(圖1)。

1.2.2 DEM數據 DEM數據為SRTM DEM數據，SRTM(shuttle radar topography mission，分辨率90 m)主要是由美國太空總署(NASA)和國防部國家測繪局(NIMA)聯合測量。

1.2.3 土壤數據 本研究土壤數據是全國土壤數據，數據來源于國家地球系統科學數據平臺，通過插值分析得到土壤酸堿度和土壤厚度的專題數據。圖2為漳州土壤pH值的專題數據圖和土壤厚度的專題數據圖。

1.3 技術路線

在收集土壤數據、DEM數據以及遙感數據的基礎上，選取合適的耕地適宜性評價因子并建立合理的評價指標，應用ArcGIS軟件提取評價因子的信息，參考相關文獻運用經驗法確定評價因子的權重并實現賦值分級。然后對各個評價因子進行疊加分析并加權求和，在得到各單元的總分值后進行分析，最后在此基礎上得出各評價單元的耕地適宜性等級。技術路線圖見圖3，評價指標體系見圖4。

2 結果與分析

2.1 評級體系的確定

在耕地適宜性評價中，需要充分考慮到影響漳州市土地的耕地適應性的各種因素。本研究選取的耕地適宜性評價因子主要是地形因素、土壤因素、水利因素。然后根據《土地評價綱要》以及《土地分等定級規程》將漳州市耕地適宜性分析結果分為高度適宜、一般適宜、條件適宜以及不適宜4個等級。對于這4個適宜性等級的劃分標準如下：

高度適宜：高度適宜區內各項評價指標分值都比較高，各評價因子都具有使耕地能夠長久利用下去的特征。

一般適宜：一般適宜區是土地利用適宜度相對較低的地區。在該區內各種評價因子分值較高，該區的土地基本符合耕地利用的特征和條件。

條件適宜：條件適宜區是土地利用適宜度很低，但能勉強用作耕地的區域，所以該區的土地利用具有較強的限制性。

不適宜：不適宜區是土地不適宜用作耕地的地區。

2.2 評價因子的選取

土地的耕地適宜性評價的關鍵在于評價因子的選取，評價因子選取的合理性直接關系到結果的合理性與科學性。參考《土地評價綱要》以及評價因子選定原則，結合漳州市的自然條件、土壤條件等情況，選取以下評價因子。

2.2.1 地形地貌 地形地貌是耕地適宜性分析必須考慮的因子，直接影響到農作物的生長狀況以及土地質量的優劣。本研究選取了坡度和坡向作為評價因子，并根據這些因子來綜合分析漳州市土地的耕地適宜性。

2.2.1.1 坡度 坡度是單元的陡峭程度，是一個地面陡峭程度的定量表示。坡度影響到一個地區的水土流失狀況、土壤地表起伏狀況，所以是耕地適宜分析的一個重要因子。本研究設定坡度>25°的地區為不適宜區。

2.2.1.2 坡向 坡向為坡面法線在水平面上的投影方向，坡向對于山地生態有較大的作用。漳州市很大一片區域為山地，所以選取坡向作為耕地適宜性分析的因子。本研究設定坡向為北坡以及西北坡的地區為不適宜區。

2.2.2 土壤性狀 土壤性狀是影響土地質量的重要因素。本研究根據土壤數據提取出土壤pH值、土壤厚度為耕地適宜性分析因子。

2.2.2.1 土壤pH值 不同的pH值對不同作物生長狀況的影響會不同。土壤pH值為6.5～7.5的中性范圍內是耕地高度適宜的地區。

2.2.2.2 土壤深度 土壤的深度直接影響到土壤的含水量以及有機質含量。土地最適宜耕地的深度為30～40 cm。

2.2.3 水利條件 水源是影響農作物生長的主要限制因素。水源的遠近程度在一定程度上決定了土地的適宜度，本研究利用遙感影像圖提取出河流信息并進行距離分析，根據距離進行分級。

2.2.4 評價因子權重的確定 綜合分析研究區的各類數據并參考相關文獻，通過適應性評價指標中選定的3類影響因素的5個評價因子建立分析模型，在此基礎上確定各評價因子的權重(表1)。

表1 各因素權重

2.3 評價因子專題數據的生成

確定各因子的權重后需要對各因子進行賦值分級。各專題數據圖層以及分級賦值結果如下。

2.3.1 坡度 利用DEM數據進行坡度分析并提取漳州市的坡度信息，再結合評價因子的賦值分級表并根據其屬性值對坡度因子進行賦值分級(表2、圖5)。

表2 坡度賦值分級

2.3.2 坡向 利用DEM數據進行坡向分析并提取漳州市的坡向信息，再結合評價因子的賦值分級表并根據其屬性值對坡向因子進行賦值分級(表3、圖6)。

2.3.3 土壤pH值 對土壤數據進行一定的處理，并對其結果進行分析處理，獲取其pH值信息圖。最后，利用評價因子賦值分級表進行賦值分級。表4、圖7分別為土壤pH值賦值和土壤pH值。

2.3.4 土壤深度 對土壤數據進行一定的處理，并對其結果進行分析，獲取其土壤深度信息圖。最后，利用評價因子賦值分級表進行賦值分級。表5與圖8分別為分級表和土壤深度圖。

2.3.5 水利條件 基于處理好的遙感影像運用矢賦值的方法提取研究區內主要的河流，對提取后的數據進行距離分析并進行賦值分級。表6為賦值分級表，圖9為水體的賦值分級圖。

表3 坡向賦值分級

2.4 評價結果分析

根據漳州市土地的耕地適宜性分析中選定的評價因子的權重，將坡度、坡向、水利、土壤pH值以及土壤深度進行加權求和得到綜合分析的結果。將得到的結果進行重分類，綜合分值≥90的為高度適宜區；80～<90的為一般適宜區；70～<80到的為條件適宜區；<70的為不適宜區。其中，高度適宜耕作地區的土地面積約為1 267.65 km2，一般適宜耕作地區的土地面積約為884.02 km2，條件適宜耕作地區的土地面積約為3 123.36 km2，不適宜地區的土地面積約為 6 043.41 km2(圖10、表7)。

表4 土壤pH值賦值分級

表5 土壤深度賦值分級

表6 水體賦值分級

表7 土地分級面積統計

2.4.1 高度適宜區 根據分析結果，耕地的高度適宜區的像元個數為1 565個，面積為1 267.65 km2，占漳州市總面積的11.20%。耕地高度適宜區分布在漳州市中東部地區，涉及長泰縣與漳州市區的交界區域、漳浦縣的東部地區和云霄縣的南部地區。

2.4.2 一般適宜區 根據分析結果，耕地的一般適宜區的像元個數為1 042個，面積為884.02 km2，占漳州市總面積的7.81%。耕地一般適宜區主要分布在漳州市南部地區，涉及漳浦縣的西北部地區以及長泰縣的南部地區。

2.4.3 條件適宜區 根據分析結果，耕地的條件適宜區的像元個數為3 856個，面積為3 123.36 km2，占漳州市總面積的27.60%。耕地條件適宜區主要分布在漳州市的北部地區以及部分沿海地區，涉及平和縣的中部地區、南靖縣的東部地區以及華安縣的北部地區。

2.4.4 不適宜區 根據分析結果，耕地的不適宜區的像元個數為7 461個，面積為6 043.41 km2，占漳州市總面積的53.39%。耕地條件適宜區主要分布在漳州市西北部、東北部以及西南部沿海地區，涉及詔安縣西部、平和縣的西北部、南靖縣的北部以及長泰縣的西部和東部。

3 討論與結論

在對漳州市土地的耕地適宜性分析中，本研究選取的主要因素有坡度、坡向、水體、土壤pH值、土壤深度信息，并對這些數據進行賦值分級，然后賦予評價因子權重，通過疊加分析得出漳州市的耕地適宜分級圖。結果表明，耕地高度適宜地區主要集中在長泰縣與漳州市區的平原地區以及漳浦縣的東部和云霄縣的南部地區，共計1 267.65 km2，占漳州市總體面積的11.20%，該地區地勢平坦，水系發達，土壤條件適宜，最適宜作為農業生產。耕地一般適宜地區主要集中在漳浦縣的西北部以及長泰縣的南部地區，共計884.02 km2，占漳州市總面積的7.81%，該地區地勢較平坦，水系發達，土壤條件較適宜，可作為農業生產地區。耕地條件適宜地區主要集中在漳州市的北部以及部分沿海地區，涉及平和縣的中部、南靖縣的東部以及華安縣的北部地區，共計3 123.36 km2，占漳州市總面積的27.60%，雖然該地區土壤條件合適，但該地區多為丘陵，所以耕地適宜性較低。不適宜地區主要集中在漳州市西北部、東北部以及西南部沿海地區，涉及詔安縣西部、平和縣的西北部、南靖縣的北部以及長泰縣的西部和東部，共計 6 043.41 km2，占漳州市總面積的53.39%，該地區地勢高，坡度大，河流流經區較少，不宜用作耕地。

在漳州市耕地適宜性分析的試驗過程中存在一些問題，適宜性分析的因子較少，后續考慮增加其他因素。定性和定量的方法貫穿于大多數耕地適宜性評價的過程，權重指數和法、層次分析法、模糊綜合評價法等數學模型的使用，3S技術的廣泛使用以及各種技術和方法相結合將會共同推動耕地適宜分析的發展。